JP3918871B2

JP3918871B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP3918871B2
Application number: JP2006254802A
Authority: JP
Inventors: 策雄鎌田; 恭志西岡; 洋二浦野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: JP2007116121A

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置に関するものである。

従来から、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装された実装基板と、当該実装基板におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップおよび当該ＬＥＤチップに接続されたボンディングワイヤを封止したエポキシ樹脂からなる封止部とを備え、封止部の一部を凸レンズ状の形状とすることで放射される光の指向性を高めた発光装置が提案されている（例えば、特許文献１）。なお、上記特許文献１には、青色光ないし紫外光を放射するＬＥＤチップと当該ＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体とを組み合わせることにより、白色を含めＬＥＤチップの発光色とは異なる色合いの混色光を得る技術が開示されている。
特開２００３−２４３７２４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の発光装置のように封止部の材料としてエポキシ樹脂を用いたものでは、封止部の耐候性が低く、しかも、ＬＥＤチップが青色光を放射する青色ＬＥＤチップの場合には封止部が青色光により劣化しやすいという不具合があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、信頼性および指向性を高めることが可能な発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装された実装基板と、当該実装基板におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップおよび当該ＬＥＤチップに電気的に接続されたボンディングワイヤを封止した透明樹脂からなり弾性を有する封止部と、封止部に重ねて配置されたレンズと、ＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料により形成されたものであって実装基板の前記実装面側でレンズおよび封止部を囲むドーム状の色変換部材とを備え、当該色変換部材の内側に空気層が形成され、レンズが両凸レンズからなることを特徴とする。

この発明によれば、封止部が弾性を有する透明樹脂により形成されているので、封止部がエポキシ樹脂により形成されている場合に比べて、封止部の信頼性を高めることができ、また、封止部に重ねて配置されたレンズを備え、レンズが両凸レンズからなるので、指向性を高めることが可能となる。また、実装基板におけるＬＥＤチップの実装面側でレンズおよび封止部を囲むドーム状の色変換部材を備え、当該色変換部材の内側に空気層が形成されているので、ＬＥＤチップから放射される光と色変換部材の蛍光体から放射される光との混色光を得ることができるだけでなくレンズおよび封止部を保護することができ、しかも、色変換部材に外力が作用したときに色変換部材に発生した応力がレンズおよび封止部を通してＬＥＤチップやボンディングワイヤに伝達されるのを抑制でき、前記外力に起因したＬＥＤチップの発光特性の変動やボンディングワイヤの断線を抑制できるから、信頼性をより高めることができる。また、色変換部材の内側に空気層が形成されていることにより、色変換部材の蛍光体で発生した熱がＬＥＤチップへ伝熱されるのを抑制することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記レンズは、前記光出射面が、前記封止部側の光入射面から入射した光を前記光出射面と前記空気層との境界で全反射させない凸曲面状に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップから放射された光が前記光出射面と前記空気層との境界で全反射されることなく前記色変換部材まで到達しやすくなり、全光束を高めることができる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記実装基板における前記ＬＥＤチップの実装面側で封止部を囲んだ枠体を備え、当該枠体が前記封止部と同種の透明樹脂により形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記実装基板における前記ＬＥＤチップの実装面側で封止部を囲んだ枠体を備えているので、枠体によって前記封止部の形状を規定することができるから、金型などを用いることなく前記封止部を形成することができ、しかも、枠体が前記封止部と同じ透明樹脂により形成されているので、枠体と前記封止部との線膨張率差に起因した信頼性の低下を防止することができる。

請求項１の発明では、信頼性および指向性を高めることができるという効果がある。

（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について図１〜図３を参照しながら説明する。

本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０が実装された実装基板２０と、実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０を囲む枠体４０と、枠体４０の内側に透明樹脂材料を充填して形成されてＬＥＤチップ１０および当該ＬＥＤチップ１０に電気的に接続されたボンディングワイヤ１４，１４を封止し且つ弾性を有する封止部５０と、封止部５０に重ねて配置されるレンズ６０と、ＬＥＤチップ１０から放射された光によって励起されてＬＥＤチップ１０の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料（透明材料）により形成されたものであって実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でレンズ６０および枠体４０を囲みレンズ６０の光出射面６０ｂおよび枠体４０の外側面との間に空気層８０が形成される形で配設されるドーム状の色変換部材７０とを備えている。

なお、本実施形態の発光装置１は、例えばスポットライトなどの照明器具の光源として用いるものであり、例えば、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し加熱時に低粘度化する樹脂シート（例えば、溶融シリカを高充填したエポキシ樹脂シートのような有機グリーンシート）により形成される絶縁層９０を介して金属（例えば、Ａｌ、Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属）製の器具本体１００に接合することで、ＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上し、ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。ここで、照明器具の光源として用いる場合には、所望の光出力が得られるように、器具本体１００に複数個の発光装置１を実装して複数個の発光装置１を直列接続したり並列接続したりすればよい。

実装基板２０は、熱伝導性材料からなりＬＥＤチップ１０が搭載される矩形板状の伝熱板２１と、伝熱板２１の一面側（図１における上面側）に固着された矩形板状の配線基板２２とで構成され、配線基板２２の中央部に伝熱板２１におけるＬＥＤチップ１０の搭載面（上記一面の一部）を露出させる矩形状の窓孔２４が形成されており、ＬＥＤチップ１０が窓孔２４の内側に配置されたサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に搭載されている。したがって、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が配線基板２２を介さずにサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に伝熱されるようになっている。なお、本実施形態では、伝熱板２１の熱伝導性材料として熱伝導率の高い金属であるＣｕを採用している（つまり、伝熱板２１として金属板を採用している）が、熱伝導性材料としてはＣｕに限らず、例えば、Ａｌのように熱伝導率の高い他の金属やこれら金属と同様に熱伝導率の高い非金属を採用してもよい。

上述の配線基板２２は、ガラスエポキシ基板からなる絶縁性基材２２ａの一表面側に、ＬＥＤチップ１０の各電極（図示せず）と電気的に接続される一対の給電用のリードパターン２３，２３が設けられている。各リードパターン２３，２３は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されており、平面視において枠体４０よりも内側の部位がインナーリード部２３ａ，２３ａを構成し、色変換部材７０よりも外側の部位がアウターリード部２３ｂ，２３ｂを構成している。伝熱板２１と配線基板２２とは、絶縁性を有するシート状の接着フィルムからなる固着シート２５を介して固着されている。なお、絶縁性基材２２ａの材料は、ＦＲ４のようなガラスエポキシ樹脂に限らず、例えば、ポリイミド系樹脂や、フェノール樹脂などでもよい。

ＬＥＤチップ１０は、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がＧａＮに近く且つ導電性を有するｎ形のＳｉＣ基板からなる導電性基板１１を用いており、導電性基板１１の主表面側にＧａＮ系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部１２がエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長され、導電性基板１１の裏面に図示しないカソード側の電極であるカソード電極（ｎ電極）が形成され、発光部１２の表面（導電性基板１１の主表面側の最表面）に図示しないアノード側の電極であるアノード電極（ｐ電極）が形成されている。要するに、ＬＥＤチップ１０は、一表面側にアノード電極が形成されるとともに他表面側にカソード電極が形成されている。上記カソード電極および上記アノード電極は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してあるが、上記カソード電極および上記アノード電極の材料は特に限定するものではなく、良好なオーミック特性が得られる材料であればよく、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０を、当該ＬＥＤチップ１０の発光部１２が導電性基板１１よりも伝熱板２１から離れた側となるように伝熱板２１に搭載してあるが、発光部１２が導電性基板１１よりも伝熱板２１に近い側となるように伝熱板２１に搭載するようにしてもよい。光取り出し効率を考えた場合には、ＬＥＤチップ１０の発光部１２を伝熱板２１から離れた側に配置することが望ましいが、本実施形態では導電性基板１１と発光部１２とが同程度の屈折率を有しているので、発光部１２を伝熱板２１に近い側に配置しても光の取り出し損失が大きくなりすぎることはない。

また、ＬＥＤチップ１０は、上述の伝熱板２１に、ＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも大きなサイズの矩形板状に形成されＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率の差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和するサブマウント部材３０を介して搭載されている。サブマウント部材３０は、上記応力を緩和する機能だけでなく、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を伝熱板２１においてＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。本実施形態では、サブマウント部材３０の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するＡｌＮを採用しており、ＬＥＤチップ１０は、上記カソード電極がサブマウント部材３０におけるＬＥＤチップ１０側の表面に設けられ上記カソード電極と接続される導体パターン３１（図４参照）および金属細線（例えば、金細線、アルミニウム細線など）からなるボンディングワイヤ１４を介して一方のリードパターン２３と電気的に接続され、上記アノード電極がボンディングワイヤ１４を介して他方のリードパターン２３と電気的に接続されている。なお、ＬＥＤチップ１０とサブマウント部材３０とは、例えば、ＳｎＰｂ、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの半田や、銀ペーストなどを用いて接合すればよいが、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましい。また、サブマウント部材３０は、導体パターン３１の周囲に、ＬＥＤチップ１０から放射された光を反射する反射膜３２（図４参照）が形成されている。なお、反射膜３２は、例えば、Ｎｉ膜とＡｇ膜との積層膜により構成すればよい。

サブマウント部材３０の材料はＡｌＮに限らず、線膨張率が導電性基板１１の材料である６Ｈ−ＳｉＣに比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合ＳｉＣ、Ｓｉなどを採用してもよい。

ところで、本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０およびサブマウント部材３０それぞれの平面視における外周形状が正方形状であり、平面視においてＬＥＤチップ１０の外周線がサブマント部材３０の外周線よりも内側に位置し且つ両外周線が並行しないようにＬＥＤチップ１０がサブマウント部材３０の中央部で導体パターン３１と接合されており、ＬＥＤチップ１０の対角線とサブマウント部材３０の対角線とが非平行となっている。より具体的には、ＬＥＤチップ１０の対角線とサブマウント部材３０の対角線とのなす角度が略４５度となるようにＬＥＤチップ１０がサブマント部材３０の中央部で導体パターン３１に接合されている。なお、本実施形態では、窓孔２４も平面視において正方形状となっている。

また、上記アノード電極に電気的に接続されるボンディングワイヤ１４はＬＥＤチップ１０の一表面の中央付近で上記アノード電極に接続され、上記カソード電極に電気的に接続されるボンディングワイヤ１４は、ＬＥＤチップ１０の１つの角部付近でサブマウント部材３０の導体パターン３１に接続されている。ここで、本実施形態では、各ボンディングワイヤ１４，１４がＬＥＤチップ１０の１つの対角線に沿った方向へ延出されているので、ボンディングワイヤ１４，１４に起因した光取出し効率の低下を抑制することができる。また、ＬＥＤチップ１０とサブマウント部材３０とが両者の外周線が並行するような位置関係にある場合に比べて、サブマウント部材３０の平面サイズを小さくすることなく、ＬＥＤチップ１０の１つの対角線に沿った方向へ延出されるボンディングワイヤ１４の両端間の直線距離を短くすることができ、枠体４０および発光装置１全体の小型化を図ることができる。要するに、サブマウント部材３０による熱伝導機能を低下させることなく、ボンディングワイヤ１４に起因した光取出し効率の低下を抑制することができるとともに、枠体４０や発光装置１全体の小型化を図ることができる。

上述の封止部５０の透明樹脂材料としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、アクリル樹脂などを用いてもよい。

これに対して、枠体４０は、円筒状の形状であって、透明樹脂により形成されている（透明樹脂の成形品により構成されている）が、当該透明樹脂としては、シリコーン樹脂を採用している。要するに、本実施形態では、封止部５０の材料である透明樹脂の線膨張率と同等の線膨張率を有する同種の透明樹脂（透光性の材料）により枠体４０を形成してある。ここに、本実施形態では、枠体４０を実装基板２０に固着した後で枠体４０の内側に封止部５０の透明樹脂を充填（ポッティング）して熱硬化させることで封止部５０を形成してある。なお、封止部５０の透明樹脂としてシリコーン樹脂に代えてアクリル樹脂を用いている場合には、枠体４０をアクリル樹脂により形成することが望ましい。

レンズ６０は、封止部５０側の光入射面６０ａおよび光出射面６０ｂそれぞれが凸曲面状に形成された両凸レンズにより構成されている。ここにおいて、レンズ６０は、シリコーンにより形成されており（シリコーンの成形品により構成してあり）、封止部５０と屈折率が同じ値となっているが、レンズ６０は、シリコーンに限らず、例えば、アクリル樹脂により形成してもよい。

ところで、レンズ６０は、光出射面６０ｂが、光入射面６０ａから入射した光を光出射面６０ｂと上述の空気層８０との境界で全反射させない凸曲面状に形成されている。したがって、ＬＥＤチップ１０から放射された光が光出射面６０ｂと空気層８０との境界で全反射されることなく色変換部材７０まで到達しやすくなり、全光束を高めることができる。ここで、レンズ６０は、当該レンズ６０の光軸がＬＥＤチップ１０の厚み方向に沿った発光部１２の中心線上に位置するように配置されている。なお、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光は封止部５０および空気層８０を伝搬して色変換部材７０まで到達し色変換部材７０の蛍光体を励起したり蛍光体には衝突せずに色変換部材７０を透過したりする。

色変換部材７０は、シリコーンのような透光性材料（透明材料）とＬＥＤチップ１０から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体とを混合した混合物の成形品により構成されている。したがって、本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換部材７０の外面７０ｂを通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、色変換部材７０の材料として用いる透光性材料は、シリコーンに限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよい。また、色変換部材７０の材料として用いる透光性材料に混合する蛍光体も黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができる。

ここで、色変換部材７０は、内面７０ａがレンズ６０の光出射面６０ｂに沿った形状に形成されている。したがって、レンズ６０の光出射面６０ｂの位置によらず法線方向における光出射面６０ｂと色変換部材７０の内面７０ａとの間の距離が略一定値となっている。なお、色変換部材７０は、位置によらず法線方向に沿った肉厚が一様となるように成形されている。色変換部材７０は、開口部の周縁を実装基板２０に対して、例えば接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）を用いて接着すればよい。

なお、本実施形態の発光装置１の製造にあたっては、例えば、ＬＥＤチップ１０をサブマウント部材３０を介して実装基板２０の伝熱板２１に搭載してから、ＬＥＤチップ１０の各電極と実装基板２０における配線基板２２のリードパターン２３，２３とを電気的に接続するワイヤボンディングを行い、その後、枠体４０を実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側に固着してから、封止部５０の材料である透明樹脂を実装基板２０と枠体４０とで囲まれた空間に充填し、その後、レンズ６０を枠体４０上に載置してから、上記透明樹脂を熱硬化させることで封止部５０を形成するのと同時に封止部５０とレンズ６０とを固着し、最後に、色変換部材７０を接着剤などを用いて実装基板２０に固着すればよい。

以上説明した本実施形態の発光装置１では、枠体４０の内側でＬＥＤチップ１０およびボンディングワイヤ１４，１４を封止した透明樹脂からなり弾性を有する封止部５０を備えているので、封止部５０の材料として従来のようにエポキシ樹脂を用いる場合に比べて封止部５０の耐候性を高めることができるとともに、ＬＥＤチップ１０から放射された光による劣化が起こりにくくなる。

ところで、枠体４０の材料として例えばアルミニウムなどの金属材料を採用して枠体４０をＬＥＤチップ１０から放射された光をレンズ６０側へ反射するリフレクタとして用いることも考えられる。しかしながら、枠体４０の材料としてアルミニウムを採用した場合には、封止部５０の材料であるシリコーン樹脂の線膨張率が枠体４０の材料であるアルミニウムの線膨張率の１０倍以上の値であり、−４０℃の低温期間と８０℃の高温期間とを交互に繰り返すヒートサイクル試験（温度サイクル試験）を行うと、両者の線膨張率差に起因してヒートサイクル試験の低温時に封止部５０中にボイドが発生してしまう。

これに対して、本実施形態の発光装置１では、枠体４０が透明樹脂により形成されているので、枠体４０が金属材料により形成されている場合に比べて枠体４０と封止部５０との線膨張率差を小さくすることができ、ヒートサイクル試験の低温時に封止部５０にボイドが発生するのを抑制することができるから、信頼性を高めることができる。要するに、本実施形態の発光装置１では、実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側で封止部５０を囲んだ枠体４０を備えているので、枠体４０によって封止部５０の形状を規定することができるから、金型などを用いることなく封止部５０を形成することができ、しかも、枠体４０が封止部５０と同じ透明樹脂により形成されているので、枠体４０と封止部５０との線膨張率差に起因した信頼性の低下を防止することができる。

また、本実施形態の発光装置１では、封止部５０とは別に形成された両凸レンズからなるレンズ６０が封止部５０に重ねて固着されているので、放射する光の指向性を高めることができ、特にスポットライトなどの照明器具のように指向性の要求の高い照明器具の光源として適している。

また、本実施形態の発光装置１では、色変換部材７０はレンズ６０の光出射面６０ｂおよび枠体４０の外側面との間に空気層８０が形成される形で配設すればよく（つまり、色変換部材は、内側に空気層８０が形成される形で配設すればよく）、色変換部材７０をレンズ６０および枠体４０に密着させる必要がないので、色変換部材７０の寸法精度や位置決め精度に起因した歩留まりの低下を抑制できる。また、本実施形態の発光装置１では、組立時に色変換部材７０の組付けが最終工程となるので、ＬＥＤチップ１０の発光波長に応じて透明材料に対する蛍光体の配合を調整した色変換部材７０を用いることで色ばらつきを低減することもできる。

また、本実施形態の発光装置１では、上述のように色変換部材７０とレンズ６０との間に空気層８０が形成されているので、色変換部材７０に外力が作用したときに色変換部材７０が変形してレンズ６０に当接する可能性が低くなって上記外力により色変換部材７０に発生した応力がレンズ６０および封止部５０を通してＬＥＤチップ１０や各ボンディングワイヤ１４，１４に伝達されるのを抑制でき、上記外力によるＬＥＤチップ１０の発光特性の変動や各ボンディングワイヤ１４，１４の断線が起こりにくくなるから、信頼性が向上するという利点がある。また、色変換部材７０とレンズ６０との間に上記空気層８０が形成されていることにより、外部雰囲気中の水分がＬＥＤチップ１０に到達しにくくなるという利点や、色変換部材７０の蛍光体で発生した熱がＬＥＤチップ１０へ伝熱されるのを抑制することができるという利点がある。

また、色変換部材７０とレンズ６０との間に上記空気層８０が形成されていることにより、ＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０およびレンズ６０を通して色変換部材７０に入射し当該色変換部材７０中の黄色蛍光体の粒子により散乱された光のうちレンズ６０側へ散乱されてレンズ６０を透過する光の光量を低減できて装置全体としての外部への光取り出し効率を向上できるという利点がある。

ここで、図５（ａ），（ｂ）に示すように、色変換部材７０の光軸とＬＥＤチップ１０の光軸とが一致しており、色変換部材７０における光軸方向の中央の位置ＰでＬＥＤチップ１０からの青色光が全方位に散乱されたとし、色変換部材７０と空気層８０との界面での全反射角をφａ、色変換部材７０と当該色変換部材７０の外側の媒質である空気との界面での全反射角をφｂ、位置Ｐで散乱された光に関して色変換部材７０の内面７０ａ側のエスケープコーンＥＣａの広がり角を２θａ、位置Ｐで散乱された光に関して色変換部材７０の外面７０ｂ側のエスケープコーンＥＣｂの広がり角を２θｂとすれば、図５（ａ）に示すように全反射角φａ，φｂが４０°のときには２θａ＝６０°、２θｂ＝９８°となり、図５（ｂ）に示すように全反射角φａ，φｂが５０°のときには２θａ＝７６°、２θｂ＝１３４°となる。

ここにおいて、色変換部材７０に用いている透光性材料（透明材料）の屈折率をｎ、位置Ｐで散乱され内面７０ａ側のエスケープコーンＥＣａを通して放出される青色光の最大放出効率をηとすれば、η＝（１／４ｎ²）×１００〔％〕で表されるので、上述のように透光性材料としてシリコーンを用いている場合には、ｎ＝１．４として、η≒１３％となる。したがって、色変換部材７０とレンズ６０との間に空気層８０が形成されていない場合には、位置Ｐで散乱された青色光の５０％がレンズ６０に戻ってしまうのに対して、空気層８０を形成したことにより、位置Ｐで散乱された青色光の１３％しかレンズ６０に戻らなくなるので、青色光による封止部５０の劣化を抑制できる。なお、エスケープコーンＥＣａを通して放出される青色光を少なくするには、色変換部材７０の厚みを大きくすることが望ましい。

また、本実施形態における発光装置１は、サブマウント部材３０の厚み寸法を、当該サブマウント部材３０の表面が配線基板２２の表面よりも伝熱板２１から離れるように設定してあり、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が配線基板２２の窓孔２４の内周面を通して配線基板２２に吸収されるのを防止することができるとともに、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が色変換部材７０と実装基板２０との接合部を通して出射されるのを防止することができる。また、上述のように、サブマウント部材３０におけるＬＥＤチップ１０の接合部位の周囲に、ＬＥＤチップ１０から放射された光を反射する反射膜３２を形成してあるので、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光がサブマウント部材３０に吸収されるのを防止することができ、外部への光取出し効率を高めることが可能となる。

（実施形態２）
以下、本実施形態の発光装置について図６〜図８に基づいて説明する。

本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであって、レンズ６０と枠体４０とが同一の透光性材料（例えば、シリコーンなど）により一体成形されている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

また、本実施形態における配線基板２２は、絶縁性基材２２ａにおける伝熱板２１側とは反対の表面側に、リードパターン２３，２３および絶縁性基材２２ａにおいてリードパターン２３，２３が形成されていない部位を覆う白色系の樹脂からなるレジスト層２６（図６および図８参照）が積層されている。したがって、ＬＥＤチップ１０の側面から放射されレジスト層２６の表面に入射した光がレジスト層２６の表面で反射されるので、ＬＥＤチップ１０から放射された光が配線基板２２における伝熱板２１側とは反対の表面を通して吸収されるのを防止することができ、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。

ここにおいて、レジスト層２６は、配線基板２２の窓孔２４の近傍において各リードパターン２３，２３のインナーリード部２３ａ，２３ａを露出させる円形状の開口窓２６ａが形成され、配線基板２２の周部において各導体パターン２３，２３のアウターリード部２３ｂ，２３ｂそれぞれを露出させる円形状の開口窓２６ｂ，２６ｂが形成されている。

ここにおいて、レンズ６０と枠体４０とは上述のように、同一の透光性材料（例えば、シリコーンなど）により一体成形されており（言い換えれば、レンズ６０と枠体４０とが連続一体に形成されており）、封止部５０と屈折率および線膨張率が同じ値となっている。なお、レンズ６０と枠体４０とは封止部５０の透明樹脂の屈折率および弾性率を下回らない透光性材料により形成すればよく、例えば、封止樹脂がアクリル樹脂である場合には、レンズ６０と枠体４０とをアクリル樹脂により一体成形してもよい。また、レンズ６０および枠体４０の材料として採用する透光性材料は、封止部５０の透明樹脂の線膨張率と同等の線膨張率を有していればよい。

また、本実施形態の発光装置は、ＬＥＤチップ１０が、実装基板２０の最表面（レジスト層２６の表面）を含む平面から当該平面の法線方向に離間した位置に配置されており、レンズ６０と枠体４０とで構成されるレンズブロックにおいてレンズ６０と枠体４０とで囲まれた空間がＬＥＤチップ１０を収納する収納凹部を構成している。

本実施形態の発光装置の製造方法としては、図１０に示すように、ＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを電気的に接続した後、レンズ６０と枠体４０とで囲まれる空間に上述の封止部５０となる液状の透明樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂からなる封止樹脂）５０ｃを注入してから、レンズ６０を実装基板２０との間に枠体４０が介在する形で実装基板２０に対向配置して透明樹脂材料５０ｃを硬化させることにより封止部５０を形成するような製造方法が考えられる。しかしながら、このような製造方法では、製造過程において封止部５０にボイドが発生する恐れがある。

そこで、本実施形態の発光装置１の製造にあたっては、図９に示すように、実装基板２０にＬＥＤチップ１０を実装してＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを電気的に接続した後、ＬＥＤチップ１０およびボンディングワイヤ１４，１４を封止部５０の一部となる液状の第１の透明樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂からなる封止樹脂）５０ａにより覆ってから、レンズ６０と枠体４０とで囲まれる空間に第１の透明樹脂材料５０ａと同一材料からなり封止部５０の他の部分となる液状の第２の透明樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂からなる封止樹脂）５０ｂを注入し、その後、レンズ６０を実装基板２０との間に枠体４０が介在する形で実装基板２０に対向配置して各透明樹脂材料５０ａ，５０ｂを硬化させることにより封止部５０を形成するようにしている。このような製造方法によれば、製造過程で封止部５０にボイドが発生しにくくなり、信頼性が高く且つ光出力が大きな発光装置１を提供することができる。ここで、第２の透明樹脂材料５０ｂを注入する前に、第１の透明樹脂材料５０ａを硬化させておけば、第１の透明樹脂材料５０ａの粘度が低下し上記収納凹部内に閉じ込められたボイドが抜けやすくなるという利点がある。なお、本実施形態では、実装基板２０のレジスト層２６の中央部に形成された円形状の開口窓２６ａの内径を色変換部材７０の最大外径よりもやや大きな寸法に設定してあり、第１の透明樹脂材料５０ａをポッティングした際に開口窓２６ａの内周面近傍まで流れ込んだ第１の透明樹脂材料５０ａを、色変換部材７０と実装基板２０とを接合する接着剤として利用している。

以上説明した本実施形態の発光装置１では、レンズ６０と枠体４０とが同一の透光性材料により一体成形されているので、レンズ６０と枠体４０とが別部材である場合に比べて部品点数を少なくできるとともに、ＬＥＤチップ１０とレンズ６０との光軸のずれに起因した光出力の低下を防止することができる。

（実施形態３）
以下、本実施形態の発光装置１について図１１に基づいて説明する。

本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態２と略同じであって、レジスト層２６の中央部の開口窓２６ａの内径を色変換部材７０の最大内径よりもやや小さく設定してあり、色変換部材７０における実装基板２０側の端縁とレジスト層２６における開口窓２６ａの周部とを全周に亘って接着剤からなる接合部７５により接合している点が相違する。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

したがって、本実施形態の発光装置１の製造にあたっては、実施形態２と同様、図１２に示すように、実装基板２０にＬＥＤチップ１０を実装してＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを電気的に接続した後、ＬＥＤチップ１０およびボンディングワイヤ１４，１４を封止部５０の一部となる液状の第１の透明樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂からなる封止樹脂）５０ａにより覆ってから、レンズ６０と枠体４０とで囲まれる空間に第１の透明樹脂材料５０ａと同一材料からなり封止部５０の他の部分となる液状の第２の透明樹脂材料（例えば、シリコーン樹脂からなる封止樹脂）５０ｂを注入し、その後、レンズ６０を実装基板２０との間に枠体４０が介在する形で実装基板２０に対向配置して各透明樹脂材料５０ａ，５０ｂを硬化させることにより封止部５０を形成するようにしている。ここにおいて、本実施形態の発光装置１の製造にあたっては、レジスト層２６により、色変換部材７０の接合部位まで第１の透明樹脂材料５０ａが流出するのを防止しており、色変換部材７０の実装基板２０側の端縁と実装基板２０とを接着剤により接合しているので、色変換部材７０と実装基板２０との間に介在する接合部７５の厚みの制御が容易になるとともに、色変換部材７０と実装基板２０との接合の信頼性が向上する。なお、接合部７５の接着剤としては、色変換部材７０と同じ材料を用いるのが望ましい。

ところで、上述の各実施形態では、ＬＥＤチップ１０として、発光色が青色の青色ＬＥＤチップを採用しており、導電性基板１１としてＳｉＣ基板を採用しているが、ＳｉＣ基板の代わりにＧａＮ基板を用いてもよく、ＳｉＣ基板やＧａＮ基板を用いた場合には結晶成長用基板として絶縁体であるサファイア基板を用いている場合に比べて、結晶成長用基板の熱伝導率が高く結晶成長用基板の熱抵抗を小さくできる。また、ＬＥＤチップ１０の発光色は青色に限らず、例えば、赤色、緑色などでもよい。すなわち、ＬＥＤチップ１０の発光部１２の材料はＧａＮ系化合物半導体材料に限らず、ＬＥＤチップ１０の発光色に応じて、ＧａＡｓ系化合物半導体材料やＧａＰ系化合物半導体材料などを採用してもよい。また、導電性基板１１もＳｉＣ基板に限らず、発光部１２の材料に応じて、例えば、ＧａＡｓ基板、ＧｓＰ基板などから適宜選択すればよい。

実施形態１の発光装置の概略断面図である。同上を示し、一部破断した概略分解斜視図である。同上を示す要部概略平面図である。同上におけるサブマウント部材の概略斜視図である。同上の要部説明図である。実施形態２の発光装置の概略断面図である。同上の発光装置の一部破断した概略分解斜視図である。同上の発光装置における配線基板の概略平面図である。同上の発光装置の製造方法の説明図である。同上の発光装置の製造方法の説明図である。実施形態３の発光装置の概略断面図である。同上の発光装置の製造方法の説明図である。

符号の説明

１０ＬＥＤチップ
１４ボンディングワイヤ
２０実装基板
４０枠体
５０封止部
６０レンズ
６０ａ光入射面
６０ｂ光出射面
７０色変換部材
８０空気層

Claims

ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装された実装基板と、当該実装基板におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップおよび当該ＬＥＤチップに電気的に接続されたボンディングワイヤを封止した透明樹脂からなり弾性を有する封止部と、封止部に重ねて配置されたレンズと、ＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料により形成されたものであって実装基板の前記実装面側でレンズおよび封止部を囲むドーム状の色変換部材とを備え、当該色変換部材の内側に空気層が形成され、レンズが両凸レンズからなることを特徴とする発光装置。
前記レンズは、前記光出射面が、前記封止部側の光入射面から入射した光を前記光出射面と前記空気層との境界で全反射させない凸曲面状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記実装基板における前記ＬＥＤチップの実装面側で封止部を囲んだ枠体を備え、当該枠体が前記封止部と同種の透明樹脂により形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。